第五章细胞骨架

第五章细胞骨架与细胞运动,细胞骨架（cytoskeleton）是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构。发现较晚，主要是因为一般电镜制样采用低温（0-4）固定，而细胞骨架会在低温下解聚。直到20世纪60年代后，采用戊二醛常温固定，才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。,微管（Microtubule）狭义的细胞骨架（细胞质骨架）微丝纤丝中间丝粗丝,细胞骨架:真核细胞中细胞核和质膜之间的由蛋白质组成的纤维网状结构，包括微管、微丝、中间丝、粗丝，与细胞运动和细胞形状的支持、物质运输、细胞分裂等有关。,中间纤维,一个培养细胞的细胞骨架及微管的细胞内分布,纤丝微管,第一节微管（microtuble）,一、微管的形态结构,微管是外径24-26nm,内径14-15nm的中空管状结构，微管壁由13条原丝围成，每根原丝由微管蛋白异二聚体首尾相接而成。微管有三种存在形式：单管：分散于细胞质中或成束，不稳定二联管：主要分布于纤毛和鞭毛中三联管：主要分布于中心粒和纤毛的基体中,8,微管蛋白（microtubulin）,二微管的化学组成,微管结合蛋白MAP,FGF13减缓神经元的迁移，通过聚合与稳定微管来调控神经元发育。,三、微管的特性自我装配微管组织中心极性动态不稳定性,1、自我装配（1）体外装配条件：A：微管蛋白浓度1mg/ml；B：最适PH6.9；C：温度，37装配，0解聚；D：Mg2+必须，钙离子尽可能除去；E：需要GTP供能。（2）体内装配：稳定微管：纤毛、鞭毛；不稳定微管：纺锤体,（3）体外装配方式：,微管蛋白异二聚体原纤维（原丝）片状原纤维微管。踏车现象：在一定条件下，微管的一端发生装配，使微管不断延长，而在另一端发生解聚而使微管缩短。,2、微管组织中心（MTOC）正常生理条件下的体内组装：微管的装配总是先由一定区域开始的，该区域为MTOC。微管的负端附在微管组织中心-TuRC上受到保护，微管的延长和缩短变化发生在正端。所有动物细胞中，中心体（centrosome)是主要的微管组织中心。真正起MTOC作用的可能是位于中心粒周围的一些蛋白质成分。,-微管蛋白在微管装配中的作用,19,微管在中心体处成核,3、极性（Polarity）结构有极性：微管两端结构不同，微管蛋白所处的一端为正极（+），以装配为主；微管蛋白所处的一端为负极（-）。生长有极性：MTOC处为负极，背向MTOC处为正极。生长端为+，起始端为-。,+-远端生长端起始端正端（+）负端（-）头端尾端,4、动态不稳定性,微管戴帽蛋白的调节作用,四影响微管稳定性的药物,紫杉醇(taxol),存在于红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物,也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。,秋水仙素(colchicine),秋水仙素与未聚合的微管蛋白二聚体结合,阻止聚合。,五、微管的功能支持和维持细胞的形态维持胞内膜性细胞器的空间定位分布细胞内运输细胞运动纺锤体与染色体运动纤毛和鞭毛运动,1支持和维持细胞形态,蝾螈红细胞膜下的微管束,深绿：微管浅兰：内质网黄色：高尔基体,上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色,上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色,2维持细胞内的膜性细胞器的空间定位分布,3、细胞内的物质运输真核细胞内部是高度区域化的体系,细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其马达蛋白（Motorprotein）有关。,Motorproteins：提供运输动力涉及两大类马达蛋白：均需ATP供能驱动蛋白（kinesin），向着微管（+）极运输小泡动力蛋白（dynein），在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。,驱动蛋白kinesin,驱动连接蛋白,动力蛋白dyenin,动力肌动蛋白复合物,微管介导的物质运输,4细胞运动：细胞的运动器，变形运动。5纺锤体与染色体的运动：纺锤体由微管构成6纤毛与鞭毛的运动,纺锤体与染色体的运动,微管与AlzheimersDisease,第二节纤丝（filament）广泛存在于真核细胞中的一类丝状结构，对细胞具有多种重要功能。,纤丝的种类：微丝，中间丝，粗丝（1）微丝：直径67nm，由肌动蛋白组成，多在近细胞膜的下方；肌动蛋白丝（2）中间丝：直径10nm，成分种类多；（3）粗丝：直径15nm，仅存于肌肉细胞中，由肌球蛋白组成。肌球蛋白丝。,微丝具有多种功能，在不同细胞的表现不同:在肌细胞组成细肌丝，跟粗肌丝配合可以收缩。在非肌细胞中主要起支撑作用,Muscle,肌纤维束,肌腱,肌原纤维,Nucleus,Singlemyofibril,Sarcomere肌节,肌纤维,Thickfilaments,Thinfilaments,肌膜,Sarcomere肌节,fiberfibrilefilament纤维原纤维丝粗，细胞细，胞内最细，胞内,一肌丝的分子结构粗肌丝肌球蛋白（myosin）原肌球蛋白（Tm）细肌丝肌钙蛋白(Tn)肌动蛋白（actin）,1、粗肌丝*成分：肌球蛋白(myosin)*杆状：长160nm，直径2nm*组成：六条多肽链-头部(20nm)：4条轻链，尾部（150nm）：2条重链,N-端,粗肌丝结构图解约4000个肌球蛋白分子排列而成1个粗肌丝,2、细肌丝*直径：6nm*主要成分：肌动蛋白（actin）肌动蛋白结合蛋白其他结合蛋白,肌动蛋白（actin）球形-肌动蛋白（G-actin）纤维-肌动蛋白（F-actin）缺乏离子，球型单体，G-actin中性盐溶液，长链双螺旋，F-actin,两条F-actin缠绕成细肌丝,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；,Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环,滑丝模型（SlidingFilamentModel）,二、非肌细胞中的微丝（普遍性）微丝（microfilament，MF），又称肌动蛋白纤维（actinfilament），是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋，形状如双线捻成的绳子，直径约7nm。,actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。,微丝的形态结构及成分：肌动蛋白,微绒毛,张力纤维,伪足,收缩环,微丝的动态组装,成核期延长期稳定期,溶液中ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，ATP-肌动蛋白在(+)端添加，而从(-)端分离，表现出“踏车”现象。,维持细胞外形胞质环流变形运动支持微绒毛形成应力纤维胞质分裂肌肉收缩,微丝的功能,1、维持细胞外形,锚蛋白,Freeclottingclotretraction,神经细胞树突和轴突中的神经丝，具有支架作用,2、胞质环流,外质,内质,内质,肌球蛋白,3、变形运动,片足,肌动蛋白皮层,片足向前延伸,点接触,4、胞质分裂收缩环临时结构可收缩,三、中间丝中间丝特点直径10nm中空管状丝是细胞骨架中最复杂的，种类多，有组织特异性是最稳定的、最坚韧的骨架成分，赋予细胞强大的机械强度。,头部,尾部,杆部杆状a螺旋区,中间丝的结构结构相似，分头部、杆部、尾部